跑車(chē)開(kāi)快為啥沒(méi)飛起來(lái)?汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)“推手”路特斯告訴你答案
近代物理學(xué)之父牛頓可能無(wú)法想象,他對(duì)空氣阻力的力學(xué)詮釋?zhuān)烤箮?lái)了怎樣宏大的動(dòng)力飛行世界。
空氣動(dòng)力學(xué)之父英國(guó)人George Cayley無(wú)法想象,他提出的“升力”概念究竟產(chǎn)生了多大的推力,為今天的汽車(chē)下壓力指明了方向。
天才工程師柯林·查普曼同樣無(wú)法想象,他對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的癡迷鉆研和大膽實(shí)驗(yàn),為他所創(chuàng)立的路特斯品牌推出全球首款純電超跑Evija積累了多么寶貴的財(cái)富。
走進(jìn)路特斯上海體驗(yàn)中心,目光完全被這臺(tái)純電超跑Evija牢牢吸住,在跑車(chē)世界里,它是稀缺和渴望的交織,2000匹馬力、1680公斤、孔隙式設(shè)計(jì)全是它的注釋?zhuān)鳛槭澜缟狭慨a(chǎn)車(chē)馬力最大、車(chē)重最輕的純電超跑,Evija體現(xiàn)了路特斯空氣動(dòng)力學(xué)的哲學(xué)思考,尤其是直接貫穿整車(chē)的兩個(gè)碩大的文丘里管道,在降低風(fēng)阻的同時(shí)又提升了下壓力,很好地引導(dǎo)氣流通過(guò)車(chē)身,極大地解決了汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)難題,即牛頓提出的空氣阻力問(wèn)題、George Cayley提出的升力問(wèn)題以及側(cè)向力問(wèn)題。
現(xiàn)在的汽車(chē)品牌幾乎都在提空氣動(dòng)力學(xué),而作為汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的開(kāi)路先鋒,路特斯的探索之路并非一帆風(fēng)順。當(dāng)F1冠軍王座被路特斯車(chē)隊(duì)搶走,恩佐·法拉利曾帶著復(fù)雜的心情說(shuō):“造不出好引擎的人,才會(huì)去研究空氣動(dòng)力學(xué)。”與此同時(shí),F(xiàn)IA跟在柯林·查普曼的后面修改F1比賽規(guī)則,路特斯在研發(fā)技術(shù)、技術(shù)被禁、再研發(fā)技術(shù)、技術(shù)再被禁的反復(fù)斗爭(zhēng)過(guò)程中,一步步將F1賽車(chē)?yán)肓丝諝鈩?dòng)力學(xué)的宏大世界。我們不禁要探尋下,這位空氣動(dòng)力學(xué)大師的“馭風(fēng)決”到底是如何煉成的。
阻力、升力和傾向力,是擺在汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的三座大山,三者各有難題又彼此相互影響,“搬山”之路崎嶇坎坷。而路特斯創(chuàng)始人柯林·查普曼曾在英國(guó)皇家空軍服役和鋁業(yè)公司供職的經(jīng)歷,冥冥之中似乎已經(jīng)設(shè)定好了解決之道。
降低風(fēng)阻:引領(lǐng)潮流的楔形車(chē)
縱觀汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)演變史,從箱型車(chē)、到流線型、再到后來(lái)的船型車(chē)、魚(yú)型車(chē),以及路特斯導(dǎo)入賽車(chē)潮流的楔形車(chē),你會(huì)發(fā)現(xiàn)追求火箭般速度的跑車(chē),都逐漸變成更加扁平、更加貼近地面的外觀造型,其實(shí)這都是為了降低風(fēng)阻而不斷進(jìn)化的結(jié)果。
汽車(chē)的阻力主要分為輪胎的摩擦阻力和車(chē)身的氣動(dòng)阻力,在賽車(chē)設(shè)計(jì)中,氣動(dòng)阻力占主導(dǎo)。而在汽車(chē)氣動(dòng)阻力的構(gòu)成中,尾跡阻力占據(jù)上風(fēng)。尾跡阻力產(chǎn)生的原因是物體尾部形成的尾跡中由于流動(dòng)分離而造成的低壓區(qū),為了減小這個(gè)低壓區(qū),流線型設(shè)計(jì)必不可少,所以低阻力車(chē)身設(shè)計(jì)的秘訣就是:車(chē)身矮、整體修長(zhǎng)圓滑、兩頭較扁。
基于此,路特斯給出了解決方案:楔形車(chē)。F1賽車(chē)從光溜溜的雪茄造型變成了今天的楔形造型,路特斯功不可沒(méi)。
如果要挑一款車(chē)開(kāi)始路特斯空氣動(dòng)力學(xué)的故事,那Mark 8就不得不提。1954年,柯林·查普曼開(kāi)著初探空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的Mark 8開(kāi)上了英國(guó)倫敦的銀石賽道,參加了為F1英國(guó)站大獎(jiǎng)賽舉辦的一個(gè)墊場(chǎng)賽。Mark 8搭載的只是85bhp的二手MG發(fā)動(dòng)機(jī),但是從發(fā)車(chē)開(kāi)始就占據(jù)了上風(fēng),最終取得了勝利。Mark 8的造型在當(dāng)時(shí)可以說(shuō)是獨(dú)樹(shù)一幟,極度低矮的車(chē)身,夸張的前后輪拱曲線,超長(zhǎng)的車(chē)尾設(shè)計(jì),與當(dāng)時(shí)流行的造型相比,流線型設(shè)計(jì)以大幅降低空氣阻力,這也是它在發(fā)動(dòng)機(jī)劣勢(shì)的情況下贏得比賽的關(guān)鍵因素。
1967年,路特斯Type 49問(wèn)世,為賽車(chē)界帶來(lái)了兩項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的革新,一個(gè)是“尾翼”,一個(gè)便是“楔形造型”,既提升了下壓力又降低了風(fēng)阻,這款車(chē)標(biāo)志著F1賽車(chē)第一次進(jìn)入了空氣動(dòng)力時(shí)代。
在Type 49的基礎(chǔ)上,1970年路特斯推出的Type 72在車(chē)頭采用了創(chuàng)新的楔形設(shè)計(jì),直到1975年退役,這款車(chē)一共收獲了兩屆車(chē)手總冠軍、三屆車(chē)隊(duì)總冠軍和20場(chǎng)分站總冠軍。在Type 72的非凡成績(jī)中,有一項(xiàng)值得一提,這款車(chē)幾乎憑一己之力將F1賽車(chē)從光溜溜的雪茄造型變成了今天的楔形造型。而越來(lái)越低的底盤(pán)高度和新衍生出的安置散熱器的側(cè)箱也自然而然地催生了下一代車(chē)型的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)——地效。
消弭升力:風(fēng)翼和地面效應(yīng)
氣流對(duì)于車(chē)身的影響除了阻力之外,還有升力。為了抵消車(chē)身的升力,提升下壓力是主要設(shè)計(jì)策略。
基于英國(guó)皇家空軍服役的經(jīng)歷,柯林·查普曼自然對(duì)飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)頗為熟稔,他把用飛機(jī)上的翼片設(shè)計(jì)用在了Type 49車(chē)型上,緊接著又根據(jù)風(fēng)翼的特點(diǎn)做了進(jìn)一步創(chuàng)新,給Type 49安裝了“高位定風(fēng)翼”,使得用作產(chǎn)生下壓力的空氣來(lái)自亂流較少的位置,同時(shí)將空氣下壓力直接傳遞至車(chē)輪,產(chǎn)生更大的抓地力。“高位定風(fēng)翼”極大改善了賽車(chē)在疾馳時(shí)的車(chē)身狀態(tài),引起各家車(chē)隊(duì)紛紛效仿。同年F1首站南非站的比賽中,各家車(chē)隊(duì)都派出了實(shí)裝“高位定風(fēng)翼”的賽車(chē),讓比賽徹底淪為“翼車(chē)”的賽場(chǎng)。
1978年,路特斯又一次主宰了F1賽場(chǎng)——贏得了12個(gè)桿位,8場(chǎng)勝利。車(chē)手馬里奧·安德烈蒂在這個(gè)賽季里駕駛了Type 79,這款車(chē)又一次展示了柯林·查普曼在工程上天才的創(chuàng)新。Type 79是Type 78的改進(jìn)型,成為F1賽場(chǎng)上采用“地面效應(yīng)”的技術(shù)先驅(qū),它通過(guò)導(dǎo)引車(chē)底氣流,在賽車(chē)側(cè)箱的內(nèi)部形成負(fù)壓區(qū),加上緊貼路面的側(cè)裙設(shè)計(jì),形成文丘里效應(yīng),獲得極大的空氣下壓力,把賽車(chē)?yán)卫挝诘孛嫔稀?/span>
革新與危險(xiǎn)并存,無(wú)論是“高位定風(fēng)翼”還是“地面效應(yīng)”都先后被FIA限制或者禁用。但這恰恰也說(shuō)明了路特斯對(duì)于賽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)改造已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)我們今天所說(shuō)的極致了。
克服傾向力:輕量化車(chē)身結(jié)構(gòu)
克服阻力和側(cè)向力的影響,要求車(chē)輛保持纖細(xì)和流線型的同時(shí),盡量采用更輕的車(chē)身。而輕量化設(shè)計(jì)也正是路特斯的立身之本。
1951年,路特斯第一輛場(chǎng)地賽車(chē)Mark 3就采用了輕量化鋁合金車(chē)身,讓車(chē)輛0-50英里/小時(shí)的加速時(shí)間達(dá)到了6.6秒,最高車(chē)速達(dá)到90英里/小時(shí)。
1957年,路特斯 Mark 7車(chē)型發(fā)布,整車(chē)重量只有約350公斤,不需要多大馬力就能把車(chē)子開(kāi)得飛快,加速足以和超級(jí)跑車(chē)匹敵。同年,路特斯廣受贊譽(yù)的量產(chǎn)跑車(chē)Type 14 Elite在伯爵宮(Earls Court)車(chē)展上登場(chǎng),這是路特斯第一款面向民用的轎車(chē),風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了即便是在今天都十分領(lǐng)先的0.29。不過(guò)更為重要的是,Elite采用了高度創(chuàng)新的玻璃纖維的單體殼結(jié)構(gòu),徹底消滅了車(chē)輛的管架結(jié)構(gòu),車(chē)重僅半噸,在搭載一臺(tái) 75hp 的 Coventry Climax 的 1216cc 發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下仍能開(kāi)到 180km/h。
輕量化可以克服阻力和傾向力,但路特斯也不只是一味地追求輕量化,空氣動(dòng)力學(xué)和輕量化為主導(dǎo)的車(chē)輛整合調(diào)校才更令駕駛者心馳神往。如果說(shuō)哪款車(chē)能真正地融合所有路特斯的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,非Elise莫屬。Elise在汽車(chē)設(shè)計(jì)和建造方面都有革命性的突破。環(huán)氧樹(shù)脂粘合擠壓成型鋁合金底盤(pán)、源于賽車(chē)的雙叉臂懸掛以及輕質(zhì)復(fù)合材料車(chē)身,成為路特斯首創(chuàng)的經(jīng)典,之后路特斯每一款車(chē)的設(shè)計(jì)都貫徹了它的基本原則。
新能源時(shí)代的空氣動(dòng)力學(xué)
基于過(guò)去七十余年對(duì)于“風(fēng)”的研究,在滾滾而來(lái)的電動(dòng)化浪潮下,路特斯品牌率先開(kāi)啟電動(dòng)超跑計(jì)劃,推出劃時(shí)代的超跑車(chē)型Evija——路特斯空氣動(dòng)力學(xué)哲學(xué)思想“會(huì)呼吸”的集大成者。除了塑造了令人嘆為觀止的外形,被稱(chēng)之為“孔隙”的設(shè)計(jì)理念將高能量氣流引導(dǎo)至車(chē)尾,繼而對(duì)抗較低的空氣壓力,進(jìn)一步降低風(fēng)阻。氣流從車(chē)底、車(chē)頂、車(chē)身四周穿過(guò),也使氣流得以穿過(guò)車(chē)體本身。此外,氣流通道所產(chǎn)生的文丘里效應(yīng)將空氣拉過(guò)后輪拱形導(dǎo)風(fēng)板,維持?jǐn)U散器內(nèi)的氣流質(zhì)量。
值得一提的是,Evija采用了全碳纖維底盤(pán),擁有出色的強(qiáng)度、剛性和安全性,底部為了優(yōu)化下壓力進(jìn)行了整體造型。主動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)包含了后擾流器和F1風(fēng)格的DRS可調(diào)尾翼,后擾流器靜置時(shí)與車(chē)身齊平,使用時(shí)能夠進(jìn)行抬升。
從Mark 8流線車(chē)型設(shè)計(jì)帶來(lái)的低風(fēng)阻去“適應(yīng)風(fēng)”,到第一臺(tái)F1的翼車(chē)Type 49和橫掃F1的地效賽車(chē)Type79的“駕馭風(fēng)”,再到Evija的“成為風(fēng)”,路特斯在空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域不斷進(jìn)階,早已將空氣動(dòng)力學(xué)刻入DNA。
迎接智電時(shí)代,路特斯空氣動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)勢(shì)更加突出。旗下首款SUV Type 132就將配備主動(dòng)式下進(jìn)氣格柵、菱形中網(wǎng)、升降式激光雷達(dá)以及大量碳纖維套件,輪圈設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出刀鋒式的造型,采用前羽翼式的LED大燈組,搭配后呼吸式的貫穿式尾燈組,營(yíng)造出如同呼吸般的感覺(jué),帶來(lái)更加優(yōu)秀的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)以及戰(zhàn)斗感爆棚的視覺(jué)效果。
據(jù)悉,這款基于路特斯EPA架構(gòu)開(kāi)發(fā)的車(chē)型將于3月份全球亮相,它將如何演繹馭風(fēng)傳奇,令人期待。
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